GPRS技术热网监控应用论文

摘要本文针对热网监控系统中数据传输方式存在的问题，提出了一种基于GPRS技术的热网监控系统的设计与实现方法，开发了GPRS通讯终端，详细介绍了通讯终端与调度中心的功能和通信流程，以及系统的软件实现。

关键词GPRS；热网监控系统；通讯终端；调度中心

1引言

我国北方地区冬季供暖普遍采用集中供热方式。通常一个城市有几个区域供热网，一个区域供热网包含有几十个到上百个换热站。为了使热网尽可能地在最佳工况下稳定运行，热网监控系统需要将各换热站的运行数据传送给调度中心，以便调度人员随时了解各换热站的工作状况和有关信息，实现全网的热能统一调配。

热网的特点是点多面广，距离较远，现场情况千差万别。因此，我国多数城市的热网监控系统都没有专门铺设通信线路，而是采用数传电台或电话线拨号上网【1-3】。采用数传电台作通信设备，需要向无线电管委会申请专用频点，易受风雨雷电的影响，需要人工巡查维护，并且由于体积大和发射功率大，易对仪表运行造成干扰。利用电话线拨号上网方式，虽然安装费用低，但运行期间电话费很高，速度不稳定，也无法很好的满足系统需要。

针对上述两种通信方式存在的不足，本文采用GPRS无线通信方式予以解决。GPRS是在现有GSM系统上发展的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务【4】。现有的基站子系统(BSS)可以提供全面的GPRS覆盖。GPRS网络具有如下特点【5】：永远在线、按流量计费、高速传输、组网简单灵活、维护便捷、使用安全。因此，使用GPRS构建热网监控系统，可以充分弥补现有通信方式的不足。

2系统结构与总体方案设计

热网监控系统由换热站现场测控设备、GPRS通讯终端和调度中心组成。系统的拓扑结构如图1所示。

图1热网监控系统总体结构图

监控系统的工作过程一般分为以下几个步骤：

(1)现场测控设备实时采集热网运行数据，对数据进行处理、分析，根据分析结果对换热站设备的运行状态进行调节；

(2)响应GPRS通讯终端的数据发送请求，将采集处理后的数据上传给通讯终端。通讯终端将数据打成IP包，通过GPRS网络，经Internet发送至调度中心；

(3)调度中心软件将IP包解包，还原数据，并根据热网总体运行情况实现远程监控。

本文主要设计通讯终端和调度中心两部分。设计的主要内容包括终端硬件电路设计、TCP/IP协议处理、终端与调度中心的互联、调度中心的网络接入与功能实现等。

3GPRS通讯终端设计

3.1硬件电路设计

通讯终端的硬件结构如图2所示，其中最主要的是微处理器和GPRS模块。本设计采用PhilipsLPC2106作为微处理器，它是一个支持实时仿真和跟踪的ARM7TDMI-SCPU。考虑到其内部已带有一个64KB的SRAM和一个128KB的高速Flash，因此无需外扩存储器。

GPRS模块选用SiemensMC39i，可工作于EGSM900和GSM1800两种模式，支持语音、短消息、数据业务和传真等。模块内集成天线、RF和基带处理器等，支持标准RS-232接口，外接SIM卡。它支持AT指令集，与微处理器的接口比较简单。

图2通讯终端硬件结构图

本系统扩展了RS232和RS485通讯接口，采用LPC2106的UART0口来实现。RS232接口用于终端与PC机进行通讯，主要用于系统调试；RS485接口用于终端与用户设备之间的数据通讯。整个系统的输入电压为高质量的5V直流稳压电源，共需要4种电压。CPU内核电压为1.8V，I/O口电压为3.3V；MC39i电压范围是3.3～4.8V，取4.3V供电；其余部分5V供电。

3.2终端软件设计

终端软件设计采用在嵌入式实时操作系统下编程的方法，软件结构主要包括以下几个功能模块：终端初始化模块、GPRS通信初始化模块、TCP/IP协议处理模块和应用程序模块等。

为了节省费用，通信终端采用了动态IP地址分配方式，即终端每次上电后GPRS网络为其分配动态IP地址和端口号，终端将此动态IP地址和端口号发给调度中心，以便于调度中心访问。终端需要定时向调度中心注册，以维持先前动态分配的IP地址和端口号。

终端上电或复位后，首先等待参数配置命令，如果收到配置命令，则进入配置状态；否则，读取片内用户Flash中保存的配置信息。接着通过串口向GPRS无线模块发送相应的AT指令，GPRS终端开始进行拨号和PPP协商过程。当PPP协商成功，无线模块登录网络成功后，系统通过加载PPP/TCP/UDP/IP等协议，同中心建立起Socket连接，数据的双向传输通道建立，系统进入发送接收用户数据、监测上报故障和定时向中心注册的循环状态。

4调度中心设计

调度中心的主要功能是：接收各换热站通讯终端发来的数据，并对数据进行分析处理；保存各终端的动态IP地址，监视各终端的状态；维护热网数据库，提供用户数据查询、打印报表；实现调度与远程控制等。

这些主要功能由软件实现，使用了VB6.0进行开发。软件设计主要包括6个相对独立的功能模块：实时监测模块、数据分析模块、数据库管理模块、远程控制模块、参数设置模块、换热站自动上传报警信号处理模块，如图4所示。

调度中心有以下几种组网方式：光纤专线方式；ADSL方式，中心需要申请一个固定的IP地址，或使用动态IP地址+域名；GPRSMODEM方式，使用SIM卡绑定固定IP地址的方式。本系统采用ADSL+固定IP地址的接入方式。在对GPRS通讯终端进行配置时，写入这个固定的IP地址，这样终端一开机就能自动与调度中心进行通信。调度中心数据收发的流程如图5所示。

图4调度中心软件功能

图5调度中心数据收发流程图

5结束语

城市集中供热行业中，利用计算机技术监控热网的运行可实现能源的充分利用，减小环境污染。同数传电台相比，利用GPRS网络传输数据可靠性高，在建设成本和维护成本上都有很大的优势，对于供热企业提高工作效率和生产管理水平、保证供热质量和热网的安全稳定运行具有重大的现实意义和广泛的应用价值。随着GPRS网络的完善和费用的进一步降低，基于GPRS网络的热网远程监控系统将得到更广泛的应用。

参考文献

[1]丁艳华.热网远程监控系统的设计与实现[J].城市公共事业，2005，19卷2期：34～37

[2]林艳，杨建华等.集中供热监控系统的设计[J].控制工程，2003，10卷6刊：539～541

[3]董志国.集中供热管网的监控系统[J].煤气与热力，2005，25卷10期：19～21

[4]吕捷.GPRS技术[M].北京邮电大学出版社，2001

[5]张英，王炎.GPRS在城市热网监控系统中的应用[J].科技信息，2005，4：38～40